泡沫混凝土研究现状

泡沫混凝土研究现状（通用7篇）

泡沫混凝土研究现状 篇1

随着我国建筑节能政策的出台以及墙体材料改革的推行, 节能型建材的开发和应用受到了人们的重视, 国家加大了发展节能、保温、利废、隔热、轻体等新型材料的力度.泡沫混凝土作为一种多孔的新型建材, 具有质轻、隔音、隔热、保温等优良性能, 而且可以大量利用工业废料、生产投资少, 在建筑领域中的应用越来越广泛。然而, 泡沫混凝土存在着强度偏低、易开裂、收缩率大、存水率和吸水率大等问题, 这些问题限制了它的广泛应用。

建筑工程纤维是一种细而长的聚合物, 其长径比一般在100以上, 具有一定的抗拉强度、弹性模量以及极限伸长率。纤维与水泥基材相结合, 可以改善水泥基材固有的弱点, 对其性能起到多方面的影响。为了弥补泡沫混凝土的不足, 许多科研工作者在泡沫混凝土中掺入纤维, 以改善泡沫混凝土的性能, 扩大泡沫混凝土的应用。

1 纤维对水泥基体的影响

对水泥机体性能的影响: (1) 减少水泥基体的沉降、分层、离析, 增加了水泥基体的和易性; (2) 增加了水泥基体的粘聚性, 降低了其坍落度。

对凝结、硬化后水泥基体性能的影响: (1) 有效抑制和减少水泥基体早期的塑性收缩裂缝; (2) 显著增加水泥基体的抗冲击性能; (3) 提高水泥基体的抗疲劳性能; (4) 在纤维掺量适当的情况下, 能使水泥基体的抗压、抗折强度有一定程度的增加;但当掺量不足时, 上述影响将不明显。

2 不同种类的纤维对泡沫混凝土性能的影响

2.1 聚丙烯 (PP) 纤维对泡沫混凝土性能的影响

聚丙烯纤维又叫PP纤维, 是由等规聚丙烯纺制成的合成纤维, 具有较强的耐碱性和分散性、较高的韧性和强度。

陈兵等[1]研究了聚丙烯纤维对密度为800 kg/m3~1 500 kg/m3泡沫混凝土的劈裂抗折强度、抗压强度、收缩性的影响, 结果表明:聚丙烯纤维能够显著提高泡沫混凝土的劈裂抗折强度和抗压强度, 泡沫混凝土的抗压强度会随着泡沫掺量的增加而有所提高, 最大可提高45%;聚丙烯纤维可以显著改善泡沫混凝土的干缩性, 对于相同配比的泡沫混凝土, 聚丙烯纤维的掺加, 使泡沫混凝土90 d的干缩值减小53.8%~64.7%。蔡娜在其他条件一定的情况下, 研究了聚丙烯纤维掺量对泡沫混凝土抗压强度、容重的影响, 结果表明:聚丙烯纤的维掺量在0.5%~2.0%时, 泡沫混凝土的容重会随着聚丙烯纤维掺量的增加而减小, 但减小的幅度较小;随着聚丙烯纤维的掺入, 泡沫混凝土的抗压强度有所增加, 但当掺量在1.2%~1.6%范围内, 其强度开始下降。高艳娜[2]对不同掺量、长度的聚丙烯纤维对高强泡沫混凝土抗压强度、抗折强度、干燥收缩性的影响进行了研究, 得出的结论为:掺加长度为9 mm的聚丙烯纤维时, 泡沫混凝土的7 d抗折强度最高, 其28 d的抗折强度仅次于掺加的纤维长度为6 mm泡沫混凝土的抗压强度.掺加长度为3 mm的聚丙烯纤维时, 泡沫混凝土7 d与28 d抗压强度最高, 不同长度的聚丙烯纤维对泡沫混凝土28 d抗压强度的影响不大;掺加3 mm长聚丙烯纤维的泡沫混凝土56 d干燥收缩值最大, 掺加12 mm长聚丙烯纤维的泡沫混凝土7 d干燥收缩值最大, 掺加9 mm长聚丙烯纤维的泡沫混凝土7 d干燥收缩值最小;随着聚丙烯纤维掺量的增加, 泡沫混凝土的抗折强度与抗压强度均有先增大后减小的规律。掺量为0.05%时, 泡沫混凝土的抗折、抗压强度同时达到最大值;泡沫混凝土的干燥收缩值随着聚丙烯纤维掺量的增加有先减小后增大的规律.掺量为0.1%时, 泡沫混凝土的干燥收缩值最小。周栋梁等研究了聚丙烯纤维掺量对泡沫混凝土吸声性能的影响, 结果表明:丙烯纤维掺量分别为0.50%、0.75%、1.00%时, 所对应的泡沫混凝土的吸声系数为0.61, 0.52, 0.56。在低于500 Hz的低频段内, 泡沫混凝土的吸声性能随着纤维掺量的增加而增强, 其平均吸声系数分别为0.34, 0.37, 0.43。

2.2 聚乙烯醇 (PVA) 纤维对泡沫混凝土性能的影响

聚乙烯醇纤维又叫PVA纤维, 是由聚乙烯醇纺制成的合成纤维, 具有很好的机械性能, 其强度高、模量高。

邓军等[3]对不同长度、掺量的聚乙烯醇纤维对密度为700kg/m3~800kg/m3泡沫混凝土抗压抗折强度、劈裂抗折强度、吸水率、收缩率的影响进行了研究, 得出的结论为:掺量为0.08%不同长度的聚乙烯醇纤维与不同掺量12 mm长的聚乙烯醇纤维对泡沫混凝土的吸水率和干重的影响不大;泡沫混凝土的抗压强度随着12 mm长聚乙烯醇纤维掺量的增加呈先降低后升高的趋势。当纤维掺量为0.23%时, 其28 d抗压强度可增大2.97%。聚乙烯醇纤维的掺入可以显著提高泡沫混凝土抗折强度, 长度为12 mm的纤维掺量为0.23%时, 其28 d抗折强度可增大43.24%。聚乙烯醇纤维掺量为0.08%时, 掺加6 mm长聚乙烯醇纤维的泡沫混凝土抗压抗折强度最高;聚乙烯醇纤维可以有效的改善泡沫混凝土的抗裂性能.掺入20 mm长的聚乙烯醇纤维, 泡沫混凝土的抗裂性能较好.掺量为0.15%的12 mm长聚乙烯醇纤维可以有效抑制泡沫混凝土早期的收缩.韩珀等研究了聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维对密度为500 kg/m3~1000 kg/m3泡沫混凝土的抗压抗弯性能的影响, 结果表明:纤维对泡沫混凝土的抗压性能有明显的影响, 可以提高泡沫混凝土抗压峰值荷载以后的承载力;纤维对泡沫混凝土的抗弯性能改善效果明显, 并且在抗弯峰值荷载以后仍保持一定承载力, 表现出了良好的延性;聚乙烯醇纤维与聚丙烯纤维对泡沫混凝土抗弯性能的改善效果类似。

2.3 玻璃纤维对泡沫混凝土性能的影响

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料, 它绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好, 机械强度高。

张喜等研究了不同掺量的高碱玻璃纤维对泡沫混凝土表观密度、抗压强度的影响, 研究表明:泡沫混凝土的表观密度随着高碱玻璃纤维掺量的增加而减小;在高碱玻璃纤维掺量在0~20%之间时, 泡沫混凝土的7 d、28 d抗压强度呈上升的趋势;当掺量超过20%时, 其7 d、28 d抗压强度呈下降的趋势, 并且小于标注泡沫混凝土抗压强度.詹炳根等[4]对不同掺量的玻璃纤维对泡沫混凝土抗压强度、导热性能、干缩率的影响进行了研究, 得出的结论为:与同湿密度等级的泡沫混凝土相比, 玻璃纤维的掺入, 使其抗压强度稍有提高, 抗折强度提高的较大.在灰砂比与干燥密度一定的情况下, 掺入玻璃纤维可使泡沫混凝土抗压强度最大增大30%, 抗折强度最大增大143%, 韧性最大提高8.1倍;对于相同密度的泡沫混凝土, 玻璃纤维的掺量对泡沫混凝土的导热系数影响不大。若不控制泡沫混凝土密度, 随着纤维掺量的增加, 其导热系数会降低;玻璃纤维对泡沫混凝土的干燥收缩有很好的抑制作用, 对其早期干燥收缩的控制效果更加明显。

2.4 玄武岩纤维对泡沫混凝土性能的影响

玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料, 其稳定性好, 而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。

赵星等[5]研究了不同掺量、长度的玄武岩纤维对表观密度为900 kg/m3的泡沫混凝土抗压强度、抗折强度、吸水率及导热系数的影响, 结果表明:泡沫混凝土的抗折强度和抗压强度均随着玄武岩纤维掺量的增加而增加.当纤维掺量一定时, 其抗压强度和抗折强度均随着玄武岩纤维长度的增加而增加;随着泡沫混凝土容重的降低, 其吸水率会上升;泡沫混凝土的吸水率与玄武岩纤维加入的规格和加入的多少没有明显的相关性;玄武岩纤维的掺入会提高泡沫混凝土的导热系数, 泡沫混凝土的导热系数受玄武岩纤维掺量的影响较大。

3 结语

综上, 纤维的掺入, 一定程度上弥补了泡沫混凝土的不足, 改善了泡沫混凝土的多种性能。但目前国内仅研究了聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维这四种纤维对泡沫混凝土性能的影响, 而且对玄武岩纤维影响泡沫混凝土性能的研究较少。对掺入不同种类纤维的泡沫混凝土有待进行深入的研究, 以更好的改善泡沫混凝土的性能, 扩大泡沫混凝土的应用范围。

参考文献

[1]陈兵, 刘睫.纤维增强泡沫混凝土试验研究[J].建筑材料学报, 2010, 13 (3) .

[2]高艳娜.高密度泡沫混凝土的研究[D].重庆:重庆大学, 2012.

[3]邓军, 霍冀川, 宋言红, 高银, 赵星, 刘煦.聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验[J].混凝土与水泥制品, 2012, 2 (2) .

[4]詹炳根, 郭建廷, 林兴胜.玻璃纤维增强泡沫混凝土性能试验研究[J].合肥工业大学学报, 2009, 32 (2) .

[5]赵星, 霍冀川, 高亚, 邓均, 刘煦.玄武岩纤维增强泡沫混凝土性能的研究[J].混凝土与水泥制品, 2012, 12 (12) .

泡沫混凝土研究现状及发展应用 篇2

1 泡沫混凝土的组成

1.1 水泥

水泥是组成泡沫混凝土的重要组成部分，占其总质量的80%以上。包括普通硅酸盐水泥、快硬性硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥。采用普通硅酸盐水泥制得的泡沫混凝土初期强度偏低，需要通过加入纤维、乳液等物质增加其强度，然而随着龄期的延长，强度也会逐渐提高。采用快硬性硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥，前期强度高，然而，随着时间的延长，其干燥收缩值也逐渐提高，泡沫混凝土的表面易形成裂纹，产生开裂。

1.2 发泡剂

国外以水解蛋白质发泡剂为主，发泡剂的主要供应地来自南非。从生产工艺来看，首先将发泡剂用水稀释后，充入空气，形成预制泡沫，通过改变泡沫的密度，来研究泡沫掺入量对泡沫混凝土性能的影响。我国现有的发泡剂，却远远不及国际上成熟的发泡剂。因此，近几年来，国内加紧了对发泡剂的研究与制备工作。2006年，尹冰[1]等人以氢氧化钠、盐酸和人发为主要原料制备XK型动物蛋白混凝土发泡剂，以十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基苯硫酸钠(SDS)和明胶3种稳泡剂对合成发泡剂进行复配改性，并对复配发泡剂的稳泡性能进行了分析研究，是我国正式开始研制蛋白质的开端，并取得了良好的试验效果。结果表明，采用人发制备的XK型动物蛋白发泡剂能够大量生产，而且不易变质，不会污染环境。在合成动物蛋白发泡剂中，分别加入0.25%十二烷基苯磺酸钠、0.1%明胶或0.25%十二烷基苯硫酸钠等稳泡剂，泡沫的稳定性均有明显提高，其中，以十二烷基苯硫酸钠和明胶复配使用效果最好，对发泡剂起到了很好的改性作用。然而，市场上的发泡剂其成本仍然居高不下，近两年来，部分研究室采用双氧水配合其他添加剂的方式代替发泡剂制备泡沫混凝土，大大降低了其成本，并取得了一定进展。

1.3 添加剂

由于泡沫混凝土呈多孔结构，其抗压强度显著低于普通混凝土，甚至低于0.3 MPa，无法满足工程的正常使用，必须通过添加剂改变其微观结构进而改善其性能。如何将纳米材料作为添加剂均匀分散到泡沫混凝土中改变其孔结构，是一项新的研究课题。王建平[2]等人研究了利用纳米材料、保水剂、早强剂等外加剂改善泡沫混凝土的性能。采用2.0%～2.5%的纳米材料，0.05%的三乙醇胺，0.05%的HPMC,5%的801胶。研究结果表明，加入适量的三乙醇胺可以达到早强的目的，泡沫混凝土后期的抗压强度也有所增长。将纤维素碱化处理后，与醚化剂和环氧内烷进行醚化反应生成HPMC。加入适量的HPMC可以改善泡沫混凝土的气孔分布情况，稳泡效果良好，有效提高了新拌浆体的流动性和体积稳定性。针对泡沫混凝土现浇墙体容易出现的塌模开裂问题，牛云辉[3]等人以P.O32.5级水泥、Ⅲ级粉煤灰和自制复合发泡剂为主要原料，采用单因素试验法，研究了减水剂掺量、速凝剂掺量和PP纤维掺量对泡沫混凝土强度等性能的影响，得出聚羧酸减水剂最佳掺量2.5%，速凝剂最佳掺量3%,PP纤维最佳掺量0.4%，稳泡剂最佳掺量6%。利用塌模试验，采用外加剂的耦合作用，解决了泡沫混凝土在现浇高度4 m时出现的塌模问题。

1.4 新体系

传统的泡沫混凝土主要是在水泥—粉煤灰体系上发展起来的，近几年来，实验室开始研制一些新型的泡沫混凝土体系。

1)煤矸石泡沫混凝土体系。煤矸石作为一种固体废弃物，是在煤炭开采和选洗过程中被分离出来的，有很大的利用价值，而我国对煤矸石的利用率只有30%。通过煤矸石制得的泡沫混凝土，其抗折强度可以达到3.5 MPa，抗压强度可以达到14 MPa，干表观密度可以控制在500 kg/m3～600 kg/m3[4]。然而，目前对煤炭的开采技术尚不成熟，煤矸石的价格远远高于粉煤灰。随着煤炭开采技术的不断成熟，煤矸石泡沫混凝土必然有更广阔的前景。

2)建筑垃圾泡沫混凝土体系。建筑垃圾泡沫混凝土是以建筑垃圾、废弃的泡沫塑料包装物、发泡剂、减水剂为主要原料制得。通过加入激发剂，建筑垃圾用量可以达到70%以上，制得的泡沫混凝土其干表观密度860 kg/m3,28 d抗压强度在3 MPa以上，导热系数在0.2 W/(m·K)以下[5]。聚合物具有较大的活性，张磊蕾[6]等人研究了乙烯—醋酸乙烯脂聚合物对泡沫混凝土的改性作用，并对孔结构进行分析。随着聚合物含量的增加，孔径呈逐渐增大的趋势，然而，可提高泡沫混凝土的抗折强度，同时，对泡沫混凝土收缩改善效果较好。张喜[7]等人分析对比了高碱玻璃纤维、磷渣、陶粒、建筑废弃细粉四种掺合物对泡沫混凝土性能的影响。4种混合物中，用建筑废弃细粉代替5%～10%的水泥时，可以提高泡沫混凝土的抗压强度。只有高碱玻璃纤维降低了泡沫混凝土的表观密度，其余3种掺合料均增大了其表观密度，增大程度从大到小依次为陶粒、磷渣、建筑废弃物细粉。综合表观密度和强度评定结果来看，4种掺合料中对泡沫混凝土作用最好的为建筑废弃细粉。

2 泡沫混凝土性能特点及研究进展

2.1 性能特点

2.1.1 密度

泡沫混凝土的密度一般控制在300 kg/m3～1 500 kg/m3，抗压强度最高可达50 MPa。有实验室制备出100 kg/m3～300 kg/m3密度的混凝土，由于其强度过低无法应用于工程中。密度低于100 kg/m3的泡沫混凝土试验室中鲜有制出。

2.1.2 强度

影响泡沫混凝土抗压强度的主要因素为孔隙率，泡沫混凝土抗压强度随孔隙率的增加而降低。同时，孔隙率的大小也会影响泡沫混凝土的应变，随着孔隙率的增加，应变随之增加，能量吸收能力随之增强。泡沫混凝土吸收能力的过程表明其破坏过程为渐进式破坏，随着泡沫混凝土中气孔结构的破坏，泡沫混凝土渐近破坏，并在极限状态后，仍能承受一定的强度[8]。水灰比也是影响泡沫混凝土的抗压强度的因素之一，随着水灰比含量的增加，泡沫混凝土的抗压强度先升高后降低。传统的泡沫混凝土，其抗压强度可以达到10 MPa，主要用于填充工程。随着泡沫混凝土应用范围的不断扩大，对其强度的要求越来越高，密度要求越来越低。近些年来，出现一些采用粉煤灰和微硅粉取代砂和部分水泥的研究，并掺入聚丙烯纤维技术，制得的泡沫混凝土，其表观密度可以控制在800 kg/m3～1 500 kg/m3，抗压强度达到10 MPa～50 MPa。同时，掺入聚丙烯纤维后，泡沫混凝土的劈裂抗拉强度显著提高，干缩率显著下降，掺入聚丙烯纤维的泡沫混凝土的抗压强度，较未掺入纤维的泡沫混凝土，其抗拉强度最高可提高45%[9]。目前的文献中，对于提高泡沫混凝土强度方面，通过纤维增强法提高泡沫混凝土强度，主要集中在聚丙烯纤维类的研究，并取得了一定进展和良好效果。然而，随着纤维种类的不断增加，关于具有特殊性能的各种纤维也取得了较好的发展[10,11]，是否能对纤维增强型泡沫混凝土的纤维种类进一步研究，对于提高泡沫混凝土的强度和提高其工艺性能可能产生新的影响。

2.1.3 导热系数

泡沫混凝土的保温性能良好，其导热系数与传统膨胀珍珠岩相比低20%～60%，与加气混凝土砌块相比低40%～60%，与陶粒混凝土和炉渣混凝土相比低70%以上[12]。然而，泡沫混凝土与工程中使用量最广泛的聚苯乙烯泡沫塑料板相比，其导热系数仍然偏高，保温效果不及聚苯乙烯泡沫塑料板。需要进一步降低泡沫混凝土的导热系数以提高其保温性。

2.2 现浇混凝土

目前，泡沫混凝土的制作方式主要为工厂预制成各种建筑构件及建筑制品，将成品用于建筑物的现场施工，为满足施工要求，也可将预制好的泡沫混凝土用罐车长距离送至施工现场，进行现场浇筑。泡沫混凝土在运送过程中，会出现消泡、沉降等造成的强度不均，回填底部强度偏高，泌水造成回填顶部产生孔隙。为改进现浇泡沫混凝土的性能，适于注浆的矿渣型泡沫混凝土被成功研制[13]，流动度22 cm,28 d抗压强度为3.5 MPa。同时，根据填埋要求，试验室还配制出满足浇筑要求的混凝土配合比，坍落度小于3 cm,28 d抗压强度为4 MPa。

3 国内外研究现状及发展趋势

3.1 国外泡沫混凝土研究现状及发展趋势

1923年，有人首次提出了用预制气泡和水泥砂浆相拌合的方法来制造多孔混凝土，泡沫混凝土的制造工艺便开始发展起来[14]。1957年，黄兰谷等人对泡沫混凝土的主要性能、原料、主要生产设备、泡沫剂的制备、泡沫的发生、自然硬化泡沫混凝土的制备和养护等方面做过系统性研究[15]。1958年，A.T．巴拉诺夫对采用不同的泡沫剂制成的泡沫混凝土和泡沫硅酸盐进行物理—技术性能的比较[16]，分别采用石油硫酸铝泡沫剂和松香泡沫剂，对比泡沫混凝土和泡沫硅酸盐的抗压强度、吸水性、软化系数、吸湿性、毛细管扩散系数、蒸汽渗透系数、空气渗透系数、经过三个月的收缩系数等物理性能指标。同年，李克明等人利用地方性材料石灰和工业废料烟灰来代替水泥制造生石灰烟灰泡沫混凝土，试验结果表明[17]，生石灰烟灰泡沫混凝土不但具有泡沫混凝土同样的技术性能，而且解决了泡沫混凝土使用水泥多、价格高的缺点。但是，对如何降低蒸汽用量和缩短蒸汽养护时间的问题尚未解决。此外，生石灰炮灰泡沫混凝土整套生产车间的工艺设计和提高生石灰烟灰泡沫混凝土的憎水性，进一步提高生石灰烟灰泡沫混凝土的强度等问题，尚未解决。1960年，克利维茨基[14]等人介绍了泡沫混凝土和泡沫硅酸盐制件的生产经验，以及在这方面的研究成果。1979年，美国首次将泡沫混凝土成功应用于油田固井方面，从此，泡沫混凝土不仅仅能应用于保温材料的单一领域，开始向多领域发展。其后，韩国及日本等国家将其应用于回填工程及地暖保温层。20世纪以后，泡沫混凝土开始应用在吸音、隔音、耐火材料等领域，并逐步形成了规范化应用。此后的30年，是泡沫混凝土技术和应用的高速发展阶段。目前，泡沫混凝土的应用已遍及全世界。然而，全世界对于超轻混凝土如何获得高强的问题仍未得到很好的研究，未来的10年内将主要针对泡沫混凝土的形成机理进行深入研究，为扩大其应用范围提供技术支持和理论研究。

3.2 我国泡沫混凝土研究现状及发展趋势

随着地方标准、行业标准、国家标准的不断推出，保证了泡沫混凝土开始逐渐走向规范化生产，泡沫混凝土已成为我国的主要应用领域之一。2006年～2009年，4年期间，已推出标准10项之多，还有一批标准正在制定之中。2007年，中南地区建筑标准图集07ZTJ2005泡沫混凝土屋面保温隔热建筑构造，及四川省工程建设标准设计图集DBJ T20-58泡沫混凝土楼地面、屋面保温隔热建筑构造图先后推出，标志着现浇屋面保温隔热层的规范化应用已经开始。对密度小于300 kg/m3的超轻泡沫混凝土研究较少，如能在这一领域有所突破，将极大地扩大泡沫混凝土的应用范围和研究领域。泡沫混凝土的主要缺点是强度低，特别对于超轻混凝土，强度极差，这一难题能否突破，对泡沫混凝土在建筑保温中的地位至关重要。部分泡沫混凝土制品，后期产生的干缩性大，极易引起墙体开裂，严重影响了其正常使用，将成为一个重要问题。目前，我国的泡沫混凝土由于其技术上的不成熟和各种标准和测试方法的不完善，限制了其在部分领域的应用范围，该行业正处于由迅速发展期向稳定繁荣期的过渡阶段。预计将在几年内全国进入普及应用期。就内蒙古自治区而言，大规模生产企业仅有2家～3家，远远不能满足本地区泡沫混凝土板的使用。超低密度是指密度小于100 kg/m3的泡沫混凝土。它的导热系数约为0.04～0.05。与聚苯泡沫板基本相当。如果我们能开发出此类泡沫混凝土，将为其全面取代聚苯板铺出宽广大道。泡沫混凝土的主要缺点就是强度低，如何提高其强度，是一个技术难题。特别是100 kg/m3～300 kg/m3的低密度产品，其强度最差，但需求量又最大。如果我们能解决它的强度问题，它的用量将会数倍的增长。

4 应用

4.1 屋面工程

泡沫混凝土可在施工现场浇筑而成，根据所在地区现行建筑节能设计标准，符合《屋面工程技术规范》的基础上，从使用效果看，尚未发现开裂、渗漏等通病，保温隔热效果好，成本较低，易于施工，可以极大地缩短工期[18]。

4.2 内注泡沫混凝土的复合自保温砌块

通过近几年的工程实践和研究表明，混凝土小型空心砌块在使用性能上仍存在一些缺陷，其中最为突出的为保温和隔热性能。由于泡沫混凝土隔热性能好的特性，并可现场浇筑施工，与砌块结合紧密，近几年来出现了关于内注泡沫混凝土的复合自保温砌块的研究[19]。泡沫混凝土作为芯材，其表观干密度应控制在300 kg/m3～500 kg/m3，内注泡沫混凝土的复合自保温砌块的抗剪能力大大增强，提高砌体的抗震性。然而，其抗压承载能力较低，尚需进一步研究。

4.3 整体现浇墙体

泡沫混凝土作为整体现浇墙体，浇筑过程中易形成塌模，浇筑后的混凝土强度不能满足工程使用要求，后期易产生干缩、开裂等通病。有研究以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和自制复合发泡剂为主要原料，对泡沫混凝土整体现浇墙易出现的问题进行分析并提出解决方案，制备出用于整体现浇墙体的免蒸压泡沫混凝土，通过粉煤灰和外加剂之间的耦合作用，解决了泡沫混凝土在整体现浇墙体中易出现的塌模、开裂等问题[20]，并成功应用于整体现浇高4 m，墙体厚度0.12 m的泡沫混凝土样板房，总浇筑量为15 m3。

4.4 大坡度斜坡屋面回填置换

对于大坡度的斜坡屋面，泡沫混凝土无法直接浇筑，应支设模板，水泥浆从出机到入泵时间不能超过1 h[21]，否则会因时间过长造成水泥浆粘度变化过大，影响泡沫混凝土的性能。

4.5 地下防护工程

利用泡沫混凝土良好的吸声作用，采用复合泡沫混凝土结构抗击地下防护工程及民防隐蔽工程的爆炸冲击波。密度为300 kg/m3～400 kg/m3的泡沫混凝土对于炸药爆炸时产生的冲击能吸收最好[22]。

5 存在的问题及发展趋势

5.1 适应严寒地区使用

目前，山东、河南、江苏等地相继出台了泡沫混凝土行业标准，但是内蒙古、黑龙江等高寒地区尚未出台相关标准。对于严寒地区，不仅要求泡沫混凝土的保温性能好，对其耐久性提出同样的要求，其中最重要的性能指标是抗冻性。因此，研制开发导热系数小、抗冻性能高的泡沫混凝土，对于严寒地区具有重要的现实意义和广阔的发展前景。

5.2 降低导热系数

大部分的泡沫混凝土主要组分为水泥，发泡剂价格昂贵，与聚苯板相比没有价格优势，寻找新结构体系的泡沫混凝土，降低泡沫混凝土的成本，必将对扩大其应用范围有深远影响。

5.3 提高超轻混凝土的强度

泡沫混凝土的密度越低，强度越低。对于密度低于300 kg/m3的泡沫混凝土不易制得成品，即便制成成品，其强度也非常低，不能满足使用要求。尤其对于密度低于100 kg/m3的泡沫混凝土，大幅度提高其强度，必然将扩大其应用范围。

5.4 泡沫混凝土制品后期干燥收缩大、墙体易产生裂缝

泡沫混凝土防水和防渗研究 篇3

泡沫混凝土由于具备耐火、保温隔热、吸音隔音、轻质抗震、低碳环保等优越性能，并随着泡沫混凝土技术的不断开发，极大地推动了泡沫混凝土制品的生产应用，使泡沫混凝土在公路、地暖工程、室内外垫层、室内外保温、非承重墙体等建筑工程领域得到了大面积推广，泡沫混凝土现浇地暖及屋面隔热保温层企业，泡沫混凝土砌块、泡沫混凝土墙板楼板企业，泡沫混凝土外保温企业，近来迅猛增长，泡沫混凝土相关制品必将是未来建筑保温材料的主角之一。

虽然泡沫混凝土有诸多优点，前景十分看好，但由于多方面不利因素制约着国内泡沫混凝土行业的进一步健康发展，这些不利因素主要有外因和内因两个方面。外因主要有：(1)泡沫混凝土兴起的时间短，但发展快，业内外还缺乏足够的认识和清晰的发展思路，相关配套措施跟不上，主管部门也没有制定出完善的行业发展规划蓝图;(2)泡沫混凝土作为一个新兴产业，专业科研人员较少，从事泡沫混凝土深入研究的专家不多，造成科学研究方面的相对滞后;(3)业内外人士对泡沫混凝土专业知识相当缺乏，大多数人对泡沫混凝土性能和相关知识不了解，或者有一些了解但不够全面，业内绝大多数人不知道现行的各种泡沫混凝土行业标准和检测方法。内因主要有：(1)泡沫混凝土是多孔结构建筑材料，制品在低于500 kg/m3容重，材料本身就存在着结构力学不稳定;(2)泡沫混凝土主要有两大类，分别是水硬性和气硬性。气硬性泡沫混凝土怕水怕潮，其制品使用范围受到了极大的限制。水硬性泡沫混凝土凝结硬化速度慢。凝结硬化过程对环境要求比较高;(3)泡沫混凝土中所使用的主要胶凝材料的不可再生;(4)泡沫混凝土的防水防渗问题难以解决。

很明显，制约泡沫混凝土行业发展的因素是多方面的，需要广大混凝土行业同仁们的共同努力，用科学的方法和理论去解决以上诸多问题。笔者主要先从泡沫混凝土防水和防渗的概念着手，逆向思考，详细分析影响泡沫混凝土制品的防水防渗因素，再逐一提出相应的解决问题的方法，并首次开创性地提出了闭孔率(假真空率)的计算模型和方法。

2 泡沫混凝土制品防水和防渗的异同

泡沫混凝土制品的防水和防渗其实是两个不同的概念的，不能混为一谈，但防护的对象主要都是水和潮气。

防水泡沫混凝土制品顾名思义就是泡沫混凝土制品表层或表面由于表面张力的作用，宏观状态下的水是以珠状或镜状停留在制品的表面，但微观状态下的水分子可以自由通过制品，也可以简单的称之为荷叶效应。例如一滴水滴在泡沫混凝土表面，会形成三个界面，分别是水和空气界面、水和泡沫混凝土界面以及泡沫混凝土和空气界面(图1)。图中灰色的是泡沫混凝土和水的界面，深灰色的是泡沫混凝土和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。黑色的那个界面是弯曲的，如果我们从灰色、黑色和深灰色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条线来，就叫做那个曲线在那个点的切线。(在图1中，浅灰色的那条线为切线)灰色线和浅灰色线之间有个夹角，叫做“接触角”。接触角大才有荷叶现象，产品才能防水。

宏观状态下的水可以在制品的表面完全铺展开，表面被润湿，但由于表面张力、毛细孔效应等因素的共同作用，宏观状态的水不能进一步渗透到制品表层下面，但微观状态水分子可以自由穿透制品，具有这样性能的泡沫混凝土制品才能称之为防渗泡沫混凝土制品。同样是一滴水滴在泡沫混凝土表面，也可以会形成三个界面，分别是水和空气界面、水和泡沫混凝土界面以及泡沫混凝土和空气界面(图2)，但唯一和上图不同的是接触角变小，无荷叶现象，水滴在泡沫混凝土表面铺展开来，润湿表面，但水滴不能进一步渗透到表层下方。

另外依理可以推测出不防水防渗的泡沫混凝土制品的接触角应该几乎为零。防水是比防渗更高的一种防护等级要求，一般产品能防水就一定能防渗，但防渗就不一定能够防水。在实际生产过程当中，泡沫混凝土制品企业可以根据实际情况去选择对具体的某款产品做相应的防水或防渗处理。

3 泡沫混凝土气泡闭孔率（假真空率）

3.1 闭孔率（或假真空率）定义

泡沫混凝土制品中的气泡闭孔率(或假真空率)是相对气泡开孔率而言的，把泡沫混凝土制成标准试块，在适当的温度下烘干至恒重，接着做浸水实验，计算出未被浸水的孔积率，这样的孔积率在泡沫混凝土行业里我们称之为闭孔率(或者假真空率)。一般情况下，泡沫混凝土制品中的气泡是闭孔结构且串通毛细孔结构较少，也即所谓气孔的闭孔率(或假真空率)高，这样的制品防渗效果比较理想，但不防水，制品表层依旧能够被润湿。

3.2 闭孔率（或假真空率）计算方法

按照一定的配方称取两份粉体材料以及相应的添加剂，加入适量的水，制备出两份浆料。在其中的一份浆料中加入适量的已制备好的泡沫，中速搅拌均匀成泡浆料，倒入试模中成型，另一份直接倒入试模中成型。待完全凝固后，脱模、称量、烘干、浸水、再称量。现列举如下几组数据来演示泡沫混凝土气泡闭孔率(或假真空率)计算方法。

一般情况下，所有的通透的毛细孔在一定的水压和充足的时间下都会被水所填满，部分气泡由于没有形成闭孔(假真空)结构，在水压的存在下，也会完全被水所填充。泡浆料中未被水所填充的气泡和毛细孔，我们称之为闭孔(假真空)结构。

数据处理：(1)试模的标准容积为：353.39 mm3;(2)干燥后的浆料与泡浆料的质量差：545.17-242.1=303.07 g;(3)干燥后的试模的密度是：545.17÷353.39=1.54 g/mm3;(4)泡沫和部分毛细孔的体积和为：303.07÷1.54=196.80 mm3;(5)假定所有的毛细孔和微泡都完全可以被水所填满，并且水的体积数等于质量数，所以理论上泡料试块浸泡水后质量应该为：196.80+242.1=438.90 g;(6)理论上有闭孔(假真空)结构的气泡和毛细孔体积为：438.90-294.43=144.47 g;(7)试块闭孔率(假真空率)为：144.47÷196.80×100%=73.41%。

3.3 影响泡沫混凝土防水防渗的因素

一种材料是否防水或防渗，主要是跟材料本身的结构有关系，结构包括宏观上的和微观上的。要想了解清楚泡沫混凝土是如何实现防水和防渗功能的，首先必须要对泡沫混凝土成型过程的各种物质进行微观和宏观结构研究。

制备泡沫混凝土的主要原材料有水泥等胶凝材料、水、各种矿渣、各类纤维、石膏、粉煤灰、火山灰类物质、石灰、沙子、各种建筑废渣以及泡沫，另外根据实际生产需要，额外添加各种助剂和辅料。这里主要对泡沫混凝土中重要的、必不可少的原材料进行分析，找出影响其防水防渗的因素。

水泥等胶凝材料是泡沫混凝土成型成模的主要粘结成分。水泥的种类繁多、成分复杂，在泡沫混凝土中所使用的水泥一般为硅酸盐类水泥。硅酸盐水泥水化过程中主要有化学反应和物理反应，硅酸二钙、三钙与水反应生成含水硅酸钙晶体，部分硅酸盐水化后形成硅酸根离子与泡沫混凝土中其他的填料进行化学和物理反应。只要有反应，就会产生热量，基材局部由于受热会膨胀，待这个硬化胶凝过程结束后，基材局部就会因为热胀冷缩形成大量的毛细孔结构。另外由于发生了化学反应形成新的晶体，晶体的膨胀系数与其他混合在一起的材料膨胀系数不同，另外液态水变成固态结晶水，以上诸多因素都会形成大量的毛细孔结构。

水在制备泡沫混凝土过程中起到了至关重要的作用。一方面水与水泥等胶凝材料发生化学反应形成新的物质;另一方面水还起到提供反应介质的作用，各种电子、离子、基团都是通过水为介质进行反应。水的介质功能在反应结束后即消失，水逐渐挥发消失，最后留下大量的通透毛细孔结构。

粉煤灰的外观类似水泥，在泡沫混凝土中主要起到填料的作用。颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰物理化学性质波动比较大，这主要是煤质的不同、锅炉技术参数不同、技术管理水平不同等造成的。粉煤灰的主要化学成分为：SiO233%～63%;AlO316%～40%;Fe2O31.5%～6%;CaO 2%～8%;MgO1.5%～4%;Na2O 0.5%～2.5%;K2O 0.3%～2%;TiO20.3%～1.6%。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5μm～300μm。并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50%～80%，有很强的吸水性，待产品胶凝硬化后，残留在毛细孔的水也会逐渐挥发，恢复原来的多孔结构。其他矿物质废渣、火山灰类物质和建筑废渣也都是作为填料来使用，或多或少的也会存在与粉煤灰同样的多孔结构。

泡沫是有表面活性剂或者表面活性物质在水作为溶液通过机械发泡而成的。一般泡沫占泡沫混凝土体积的30%～70%，泡沫是影响泡沫混凝土性质的重要因素之一。混凝土成型过程中，泡沫一般会形成两类孔状结构：一类是开孔的，孔与孔之间是串通的;一类是闭孔的，孔与孔之间是相对独立的。

各类纤维素在泡沫混凝土当中主要是起到保水和提高制品的弹性(柔韧度)。纤维极易吸水，部分的水参加化学反应，部分的水挥发掉，挥发后留下干燥多孔的纤维。

石膏和石灰与水化合后形成新的晶体，晶体由于热胀冷缩形成多孔的结构。

4 提高泡沫混凝土防水防渗的途径

毛细孔结构可以分为串通和非串通(假真空结构)的两大类，其中串通毛细孔结构对泡沫混凝土制品防水或防渗是有害的。针对上节所有分析出的影响泡沫混凝土防水和防渗的因素，我们可以总结出开孔结构的泡沫、水挥发后留下的以及材料本身天然存在的通透毛细孔结构是影响泡沫混凝土的防水和防渗的主要因素。为了解决以上问题，现提出以下应对方案：(1)采用能形成闭孔结构的发泡材料，尽量提高泡沫的闭孔率(假真空率);(2)粉碎大颗粒状的多孔填充材料，减少其多孔结构，或者减少其使用量;(3)尽量减少不必要的水的使用量;(4)添加一些脂肪盐类物质，堵塞住部分通透的毛细孔结构;(5)涂刷具有防水防渗功能的硅氟材料;(6)添加一些水化后能在毛细孔内生成絮状耐水物质;(7)改进气泡与气泡之间的堆砌方式;(8)改进配方和工艺流程。

5 小结

泡沫混凝土力学性能研究 篇4

1 实验

1.1 试块制作和目的

1.1.1 泡沫混凝土制作过程

(1)将一定浓度的动物蛋白发泡剂水溶液置于高压空气发泡机的储液箱中,把高压空气发泡机设置成实验调制好的参数,即空气流量和发泡剂水溶液吸入量调至合适的比例,空气压力把气体压向液体中,同时也把液体压向气体中,实行双向同时施压过程。高压空气发泡机把空气和液体二相混合成泡沫,产生的泡沫具有速度快,效率高、泡径小、细致均匀等特点。

(2)将水泥、河砂按预定的计量放入搅拌机,搅拌均匀后加入水和减水剂,然后再加入耐碱玻璃纤维和早强剂,最后掺入泡沫,搅拌均匀后(搅拌过程中要检测料浆湿密度,从而控制泡沫混凝土干密度)制成泡沫混凝土料浆,制备过程控制在15 min左右。

(3)将泡沫混凝土料浆浇制在准备好的试模中成型,1 d后将成型好的试件移至标准养护室中进行养护。

1.1.2 泡沫混凝土试块尺寸及其数量和目的

(1)制作尺寸为150 mm×150 mm×150 mm、100 mm×100mm×100 mm、70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试块数量分别为12、36、30个,用于测试不同尺寸立方体抗压强度统计参数及其尺寸效应关系,并通过正态概率纸和W检验法对标准试块抗压强度进行正态分布检验。

(2)制作尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试件6个,分为2组,每组3个试件。第1组用于测试泡沫混凝土棱柱体轴心抗压极限强度,第2组用于测试泡沫混凝土棱柱体弹性模量、泊松比、峰值应变。

1.2 实验方法

(1)将标准养护28 d后的各尺寸立方体试块从标准养护室取出,用干抹布擦干,再放置在实验室晾干2~5 h后进行实验。抗压强度测试在压力试验机上进行,加载速率0.2~0.3 MPa/s[1]。

(2)棱柱体试块轴心抗压强度、弹性模量、泊松比在300k N微机控制电液伺服机上进行。第1组棱柱体试块轴心抗压强度加载速率(2.0±0.5)k N/s;第2组棱柱体试块先进行弹性模量、泊松比测试,其应力上限取第1组棱柱体试块轴心抗压强度平均值的1/2,即0.5fck,重复加卸载5~10次,试块变形趋于稳定,泡沫混凝土σ-ε曲线接近直线,即应变片差值趋于稳定,弹性模量由E=σ/εel计算得出[2]。其中应变片参数型号是:BX120-50AA,电阻值:120Ω±0.1%,灵敏系数:(2.06±0.28)%,敏感栅长宽:50 mm×4 mm。

2 实验结果与分析

2.1 试块破坏现象

在达到极限承载力前,试块一般没有可见裂缝。当达到破坏时,底部和顶部出现试块四周出现粉状压碎现象,试件上下向中间扩展延伸的斜向裂缝,随着应变的增加,一般有1条到几条斜向贯通的主裂缝,大部分试块有形成大致与底部呈45°的剪切裂缝,整个过程表现出低强度弹脆性力学性能[3,4],见图1~图2。耐碱玻璃纤维的掺入增加了试件开裂后的整体性与横向拉应力,且泡沫混凝土内部具有与普通混凝土明显不同的独特孔隙结构,故泡沫混凝土达到极限应变后没有出现如普通混凝土的崩裂现象。

2.2 各尺寸立方体试块抗压强度统计

泡沫混凝土在生产过程中受许多因素的影响,其质量不可避免的存在波动。造成泡沫混凝土质量波动的主要原因有:(1)生产前因素:主要有组成原材料、生产环境、设备状况等;(2)生产过程中的因素:计量、搅拌、浇筑、养护、运输等;(3)生产后的因素:批量划分、验收界限、检测方法和检测条件等。虽然泡沫混凝土的质量波动是不可避免的,我们在认识到质量控制的复杂性时,更要将质量管理贯穿在生产的全过程,使泡沫混凝土质量波动在合理的范围内,以确保泡沫混凝土质量安全。衡量泡沫混凝土生产质量的指标主要包括正常生产控制条件下泡沫混凝土强度的最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数和强度保证率等。表1给出了不同尺寸泡沫混凝凝土试块数量及其抗压强度统计参数,包括抗压强度最大值、最小值、平均值μf、标准差σf、变异系数δf。泡沫混凝土的变异系数低于普通混凝土变异系数[5,6]。

2.3 标准试块抗压强度正态分布检验

正态分布(Normal distribution)又名高斯分布(Gaussian distribution),记为N(μ,σ2),其密度函数曲线呈钟形,期望值μ决定了其横坐标位置,标准差σ决定了分布的幅度。正态分布不仅在统计学方面有着重大的影响力,在实际工程等领域也有着非常重要的作用。材料强度标准值应根据符合规定质量的概率分布的某一分位值确定,即材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低的材料强度值。若服从正态分布,则强度标准值fcu,k可按式(1)表示。

式中:t———概率度。

因JC/T 266—2011《泡沫混凝土》以边长为100 mm的泡沫混凝土立方体作为标准试块测试抗压强度,故以本次实验方案中该尺寸泡沫混凝土立方体抗压强度数值作为正态分布检验的统计数据。因概率纸作统计推断具有简单、直观、使用方便等优点,故首先对本次实验表2中xi、xn+1-i的抗压强度数据通过MATLAB软件绘制正态概率纸的方法对其进行初步观察,如图3所示。

注:表中di=xn+1-i-xi;ai值查W检验法系数表可知。

从图3可知,各数据点在直线附近,由此初步认为该批数据来自正态分布样本。

本实验数量n=36,符合W检验法中样本含量在8≤n≤50小样本场合范围要求。故泡沫混凝土标准试块抗压强度分布统计采用夏皮罗-威尔克(Shapiro-Wilk)法(W检验)[7,8]对其进行正态分布检验。首先对36个抗压强度数据按大小排序,并记为x1≤x2≤x3≤…≤xn,再把数据排列成如表2。

W检验法计算如式(2)所示:

将表2中各参数代入式(2)可得:

当显著性水平取α=0.01,n=36时查W检验法系数表可知W0.01=0.912,计算值W=0.96>W0.01=0.912。在显著水平取α=0.01时未落入拒绝域,则该组抗压强度数据服从正态分布。同时再次运用MATLAB软件对W检验法编程[9,10]并得到该组数据的W=0.9601以及正态分布2个参数估计值为μ=6.508,σ=0.607。

当保证率取P=95%,则概率度t为1.645,即泡沫混凝土强度标准值为具有95%保证率的强度值。根据式(1),则泡沫混凝土标准试块抗压强度标准值(MPa)按式(3)计算。

2.4 尺寸效应及其原因分析

尺寸效应是准脆性材料的一个普遍性质,泡沫混凝土作为一种准脆性材料也存在尺寸效应[2]。泡沫混凝土强度尺寸效应是指其强度不仅由材料性质决定,也受其尺寸大小影响。试块在压力试验机上受压时,试块纵向会压缩,横向会膨胀。由于试块与压力机受压钢板弹性模量及泊松比有差异,试块的横向变形将大于实验机压力钢板,若试块受压面未涂润滑剂,则试块的受压接触面横向变形将受到压力机钢板摩擦力约束,形成“箍套”效应。标准的实验方法不加润滑剂,根据试验方案,本节主要讨论3种尺寸立方体泡沫混凝土试块抗压强度尺寸效应。

以边长为100 mm的泡沫混凝土立方体强度作为标准试块,由表1可知,采用150 mm或者70.7 mm立方体试块时,比值分别取0.98和0.95,边长为150 mm与100 mm的普通混凝土立方体试块比值是0.95,此值比相应的泡沫混凝土值略低。

泡沫混凝土棱柱体抗压强度与标准试块抗压强度的比值见式(4)。

对于普通混凝土,立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的统计关系为fc=0.76fcu[11]。普通混凝土的这一比值比泡沫混凝土低20%左右。

由以上计算可知,泡沫混凝土尺寸效应不明显以及泡沫混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值要高于普通混凝土,其原因大致有3个方面:(1)混凝土随着强度等级提高尺寸效应显著性逐渐增大[12],泡沫混凝土材料强度较低,一般只有普通混凝土的1/10;(2)尺寸效应同材料的细观结构有关,材料的强度与材料内部缺陷成反比[13,14],泡沫混凝土无粗骨料,料浆较均匀,内部缺陷很少;(3)泡沫混凝土的拉压值比普通混凝土高,且料浆中添加了碱性玻璃纤维丝,增加了试块的抗拉力与横向约束能力,致“套箍”效应不明显。

2.5 泡沫混凝土棱柱体基本力学性能

泡沫混凝土棱柱体基本力学性能测试在300 k N微机控制电液伺服机上进行,试件应变通过与应变片连接的应变仪读取,见图4。其破坏形态与立方体试件破坏形态一致。

泡沫混凝土棱柱体基本力学性能见表3。

由表3可知,泡沫混凝土棱柱体试件峰值应变变化范围为(2200~2400)με,该幅值与普通混凝土大致相同;泡沫混凝土弹性模量均值为3823 MPa,约为普通混凝土的1/10。普通混凝土的泊松比为0.2,泡沫混凝土泊松比比普通混凝土高6.7%左右。

弹性模量是工程材料中一项最重要、最具特征的力学性质参数,可用于计算泡沫混凝土截面应力、温度应力等其它内力和变形。根据本次实验表3测得的弹性模量与抗压强度数据,通过matlab软件用最小二乘法拟合了Ec和fck的关系式,见式(5)。

式中:fck——棱柱体轴心抗压极限强度,MPa;

Ec——泡沫混凝土弹性模量,MPa。

3 结论

(1)试块破坏形态显示耐碱玻璃纤维丝能阻碍泡沫混凝土内部微裂缝的扩展与宏观裂缝的形成,提高泡沫混凝土的抗拉、抗弯强度和破坏后的整体性。

(2)采用MATLAB编程得到泡沫混凝土标准试块抗压强度正态概率纸和W检验结果,结果显示泡沫混凝土标准试块抗压强度符合正态分布,且其抗压强度离散性很小,说明泡沫混凝土性能及其工艺生产设备稳定。

建筑垃圾制备泡沫混凝土的研究 篇5

我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%~40%。每1万m2的建筑在建设过程中会产生600多t建筑垃圾,到2020年,我国还将新增建筑面积约300亿m2,由此产生的建筑垃圾的总量接近18亿t[1]。而每拆掉1万m2旧建筑,将产生7000~12 000 t建筑垃圾。建筑垃圾的堆积占用宝贵的农田、污染环境,对其资源化利用已成为研究重点。另一方面,随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的推行,节能型建筑材料的开发和应用受到广泛的重视,国内众多科技工作者开展了节能、利废、保温、轻体、隔热等新型材料的研究,其中泡沫混凝土是研究的重点之一。目前,我国的泡沫混凝土砌块年产量在50万m3左右[2],在建筑领域得到了一定的应用,南方地区利用其隔热性能和轻质高强作为框架结构的填充墙,北方地区用作墙体保温层和管道保温套等,现浇泡沫混凝土用于屋面保温层施工、地基补偿等。本文研究以60%~70%建筑垃圾制备泡沫混凝土。

1 原材料及方法

1.1 原材料

(1)建筑垃圾及处理:建筑垃圾取自盐城市区旧城改造拆除建筑物中的废混凝土和废砖瓦,将废砖瓦和废混凝土分别用PE-60X-100颚式破碎机破碎后,用Φ500×500 mm球磨机粉磨至0.08 mm方孔筛筛余小于3%。废混凝土和废砖瓦的化学成分见表1。

%

(2)水泥:采用八菱海螺水泥有限公司生产的P·O42.5水泥。其物理性能见表2。

(3)EPS:由废弃的泡沫塑料包装物经机械破碎而得,粒径小于5 mm,堆积密度20 kg/m3。

(4)其它原料:发泡剂采用云清牌水泥发泡剂;膨胀型减水剂采用江苏博特新材料有限公司生产的JM-Ⅲ(C)低碱型混凝土膨胀剂;激发剂自配。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

将普通硅酸盐水泥、建筑垃圾、EPS以及外加剂等计量后加水预混均匀,然后按比例加入制备好的泡沫搅拌,制成均匀流态浆,浇注成型。试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm,标准养护至相应龄期进行测试。

1.2.2 配比设计

泡沫混凝土的密度按800 kg/m3左右设计,方案见表3。

%

注:(1)激发剂掺量为建筑垃圾的比例;(2)发泡剂的掺量为用水量的2%;(3)膨胀型减水剂掺量为水泥用量的8%并代替水泥;(4)用水量以坍落度控制。

1.2.3 性能测试

混凝土的力学性能及工作性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。导热系数按照JGJ 51—2002《轻集料混凝土技术规程》测试。

2 结果与分析

2.1 不同掺合料对泡沫混凝土成型水胶比的影响

当泡沫加入到水泥浆体中,泡沫混凝土成型浆体的稠度对密度以及强度都有非常重要的影响。由于不同掺和料的需水量不同,从而对泡沫混凝土的成型水胶比产生影响(见图1)。

由图1可以看出,加入不同掺合料,可使混凝土的成型水胶比有较大差异。当建筑垃圾只用废砖粉时混凝土需水量最大,其拌合难度增加,和易性较差(编号5);当建筑垃圾中废砖粉和废混凝土粉各占1/2时混凝土的和易性明显改善,需水量也减小(编号2);建筑垃圾全部用废混凝土粉时,混凝土拌合物的和易性较好,需水量少(编号4)。

2.2 泡沫混凝土强度与干表观密度

图2为各试样泡沫混凝土的28 d抗压强度。

从图2(a)可以看出,随着建筑垃圾用量从60%增加到70%(编号1、2、3),水泥用量的减少,试件抗压强度呈下降趋势。泡沫混凝土强度主要来源于水泥熟料中C3S、C2S等矿物水化反应,随着水泥用量的减少,泡沫混凝土中水化产物也减少,尽管在其中掺有激发剂,但激发剂产生的水化产物不足以弥补水泥量减少导致的水化产物量减少,所以,随水泥用量的减少,泡沫混凝土强度下降。

分析图2(b)可知,在同等条件下(编号4、2、5),废砖粉作掺合料的泡沫混凝土的抗压强度明显高于废混凝土粉掺合料。这是因为废砖粉的火山灰活性高于废混凝土粉,在激发剂的作用下,废砖粉中的Si O2、A12O3的潜在活性得到激发,与浆体中的Ca(OH)2反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,同时促进了水泥的水化。

分析图2(c)可知,随着激发剂掺量的增加,泡沫混凝土的强度提高(编号6、7、3、8)。这是由于激发剂中的无机盐能激发活性氧化硅和氧化铝,使其与水泥水化产物Ca(OH)2发生反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,不仅促进水泥在水化初期生成较多易凝高强水化产物,而且有利于水泥强度的发展。

泡沫混凝土28 d抗压强度与干表观密度的关系见图3。

从图3可以直观地看出,泡沫混凝土的28 d抗压强度与干表观密度成正比,从回归方程来看,相关系数近于1,拟合性较好,说明本文配比范围的泡沫混凝土的28 d抗压强度与干表观密度基本成线性关系。

2.3 泡沫混凝土的导热系数(见表4)

泡沫混凝土的导热系数主要由其密度决定,从表4可知,本研究的泡沫混凝土的导热系数最高为0.226 W/(m·K),最低为0.183 W/(m·K),平均在0.20 W/(m·K)左右,参照JGJ51—2002《轻骨料混凝土技术规程》,在同类产品中导热系数较低,而且强度在3 MPa以上,能达到用于非承重保温的围护结构保温材料工程施工的要求[3]。

3 结语

采用激发剂的情况下,建筑垃圾用量达到70%时,可制得干表观密度860 kg/m3、28 d抗压强度在3 MPa以上、导热系数在0.20 W/(m·K)以下的泡沫混凝土,可用于屋面保温承重结构(≥2.5 MPa)、非承重结构(≥1.5 MPa)和墙板(≥0.4MPa)。符合JGJ 51—2002中规定的要求。与加气混凝土相比,省去了蒸压养护工序,更有利于节约能源、实现固体废弃物的资源化循环利用。

参考文献

[1]李寿德.建筑垃圾生产烧结建材制品的可行性[J].砖瓦2,005(12):36-28.

[2]王群力.新型轻质发泡混凝土砌块及节能墙体的性能研究[J].砖瓦,2006(10):132-133.

泡沫混凝土的力学特性试验研究 篇6

关键词：泡沫混凝土,抗压强度,弹性模量,屈服应变,气泡率

泡沫混凝土是通过在水泥浆中加入泡沫,经搅拌均匀后浇注成型并养护后得到的一种内部含有封闭气泡的新型建筑材料。因其具有质轻、流动性好、强度易控制、价格低、保温隔热性能好等优点,目前在世界范围内的工程建设当中得到了大量的应用[1,2,3,4,5],其主要用于生产轻质砌块、防火保温隔热材料、路基填筑等,同时因其具有较好的抗冲击性能,泡沫混凝土还应用于飞机场的安全防护和减震等地。李[6]总结回顾了泡沫混凝土在我国行业的发展现状和存在的问题,并指出我国需要加强对泡沫混凝土的质量管理以及行业自律,倡导行业间交流与合作,共同促进泡沫混凝土在我国的发展。

泡沫混凝土作为一种土木工程材料,近年来国内外许多学者对其物理力学性能做了大量的试验研究。Jiang等[7]对高孔隙率的泡沫混凝土制备及其特性做了深入研究,并指出可以通过添加早强剂和减水剂来提高泡沫混凝土的流动稳定性和减小气泡大小及其分布。C.Lian等[8]通过大量试验对泡沫混凝土的强度与孔隙率之间的关系做了研究,提出二者之间呈指数关系。Hilal等[9]研究了不同添加剂对泡沫混凝土气泡结构和强度的影响,Mydin等[10]研究了高温环境中泡沫混凝土的力学性能,并得出了高温下其力学特性模型。Amran等[11]系统总结了泡沫混凝土的性质及其在工程中的应用。然而众多学者并未对泡沫混凝土的弹性模量和屈服应变与龄期、气泡含量之间的关系做深入研究。

本文以水泥、粉煤灰、矿粉为主要材料,按照水料比0.5,制备了不同气泡含量的泡沫混凝土,经自然养护后分别对龄期为7 d、14 d、28 d、42 d的试样做单轴压缩试验,研究不同龄期、不同气泡含量的泡沫混凝土其力学特征参量(无侧限抗压强度、弹性模量、屈服应变)随龄期的变化规律以及与气泡率之间的关系,同时也验证C.Lian等[8]提出关于泡沫混凝土抗压强度与气泡率之间的关系表达式,并提出弹性模量与抗压强度之间的对数关系表达式。

1 试验概况

1.1 试验材料

1.1.1 水泥

水泥为上海海螺水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥,其28 d抗压强度可以达到56.7MPa,其化学成分见表1所示。

1.1.2 粉煤灰

采用符合ASTM C618—1989的F级粉煤灰,其化学成分如表2所示。

1.1.3 矿粉

矿粉为上海宝钢公司提供,其化学成分见表3。

1.1.4 发泡剂

发泡剂(图1)为植物类蛋白质,为淡黄色黏稠状液体,与水按照1∶50的质量比混合均匀,采用压缩空气法制得泡沫,气泡大小均匀,稳定性较好。

1.2 试验设备

泡沫混凝土在制备过程中,通过图2所示的水泥发泡一体机(后文简称发泡机)制得泡沫并与水泥浆混合,搅拌均匀后浇模成型。泡沫混凝土的单轴压缩试验在液压伺服机上进行,其最大量程为300 k N,机器自动采集试样轴向荷载及位移,最终得到试样的荷载-位移曲线,通过简单的数据转换即可得到泡沫混凝土的应力-应变曲线。不添加泡沫的混凝土其抗压强度在混凝土压力机上进行,其最大量程为2 000 k N。

1.3 试验方法

本试验通过发泡机制备泡沫混凝土。具体方法如下:先称取适当发泡剂,与水按照质量比1∶50混合均匀后加入到发泡机中,其次将水泥、粉煤灰、矿粉混合干拌均匀,按照水料比0.5称取适量水与原材料一起加入到发泡机中搅拌至均匀,然后开始制备泡沫,本试验通过控制发泡时间来改变泡沫混凝土中的泡沫含量,待出泡均匀后将泡沫加入到水泥浆中,搅拌3 min至均匀状态,最后将制备好的泡沫混凝土料浆浇注到试模中,直尺刮平后将试件置于自然环境中养护,24 h后拆模并继续在自然环境中养护至规定龄期。

泡沫混凝土的单轴压缩试验选用尺寸为100mm×100 mm×100 mm的试样,每组试验取6个试块进行试验,试验在300 k N的液压伺服机上进行,通过控制位移的方式来加载,加载速率为1mm/min。

弹性模量取应力-应变曲线上0.5fc点对应的切线模量作为其值,其计算公式如下:

式(1)中E为泡沫混凝土弹性模量(MPa);fc,1、fc,2分别为0.5fc点对应的应力和其前一点对应的应力(MPa);ε1、ε2分别为fc,1、fc,2对应的应变(%)。

泡沫混凝土的气泡率通过控制发泡时间来控制,其中气泡率计算公式如下:

式(2)中,Va为泡沫混凝土的气泡率(%)、ρaver为试样拆模后的平均密度(g/cm3)、ρ0为不添加任何气泡的混凝土其密度(g/cm3)

2 试验结果与分析

2.1 龄期对强度和弹性模量的影响

图3为不同气泡率泡沫混凝土无侧限抗压强度随龄期的变化规律。从图3可以明显看出其强度随龄期的增长而提高,尤其在28 d之前,当龄期超过42d之后,强度增长缓慢,部分试样其强度有减小趋势。其可能原因为在自然养护条件下,随着龄期增长,试样中水分逐渐蒸发,水泥等胶凝材料的水化反应也渐渐停止,导致强度增加缓慢甚至有略微的减小。

图4表示的不同气泡率泡沫混凝土其弹性模量随龄期的变化规律。试验结果表明弹性模量受气泡率影响较大,而受龄期的变化影响较小。一般而言,弹性模量是指材料在弹性变形阶段,其应力与应变的比值,是衡量物体抵抗变形能力大小的尺度,其大小主要与材料的化学成分有关。气泡率越大,其弹性模量越小,而随着龄期增长,泡沫混凝土弹性模量大小增长缓慢。其主要原因是由于随着龄期增长,水泥等胶凝材料水化作用不断减小,试样在压缩过程中其弹性变形阶段已基本稳定。

2.2 气泡率对强度和弹性模量的影响

一般情况下,泡沫混凝土的强度主要与泡沫含量、水灰比、养护条件、添加剂种类、发泡剂等因素有关[12,13,14,15,16],其中强度受气泡含量影响最为明显[16,17]。

图5反应的是28 d龄期泡沫混凝土无侧限抗压强度与气泡率之间的关系。通过对试验数据进行拟合分析,可以看出:拟合曲线与试验数据具有很好的一致性,且对于28 d龄期的试验数据其拟合优度均大于0.98,这与C Lian等[8]所提出的泡沫混凝土抗压强度与气泡率之间的经验模型表达式一致。由此可以得到不同龄期试样抗压强度与气泡率之间的关系表达式:

式(3)中,fc为泡沫混凝土的抗压强度;fc,0为不添加任何气泡的混凝土强度;h为拟合系数。

图5泡沫混凝土无侧限抗压强度与气泡率关系Fig.5 Relationships between unconfined compressive strength and porosity of foam concrete with different curing age

泡沫混凝土的弹性模量主要与其组成成分有关[18,19],干密度越大,弹性模量值越大[20]。关于泡沫混凝土弹性模量的计算模型,许多学者[21,22,23]主要是将其与抗压强度、密度建立关系表达式。

图6所示为28 d龄期泡沫混凝土弹性模量与气泡率的关系。通过对纵坐标轴取对数刻度并对试验数据进行拟合分析,得到泡沫混凝土弹性模量与气泡率之间的关系表达式:

式(4)中,E0为气泡率为零时混凝土的弹性模量(MPa);k为拟合系数。对于28 d龄期的试验数据,拟合曲线的拟合优度大于0.95,说明试验数据与拟合曲线具有很好的一致性。

图6泡沫混凝土弹性模量与气泡率关系Fig.6 Relationships between elastic modulus and porosity of foam concrete with different curing age

2.3 不同气泡率时的应力-应变曲线

图7所示为不同气泡率的泡沫混凝土其28 d龄期试样在单轴压缩情况下的应力-应变变化曲线。从图7可以明显看出泡沫混凝土的抗压强度和弹性模量随气泡率增大而减小,屈服应变随气泡率减小而增大。其主要原因是气泡含量越小,试样破坏需要的能量就越多,导致试块发生的轴向变形就越大。

2.4 弹性模量与强度之间的关系

泡沫混凝土弹性模量与强度之间的关系,历来受到不少学者[23,24,25]的关注和研究,可总结归纳为以下表达式:

式(5)中,m、n均为经验系数;fc为抗压强度。通过对试验数据分析,提出了泡沫混凝土弹性模量与抗压强度呈对数关系。

图8反应的泡沫混凝土28 d龄期其弹性模量与无侧限抗压强度之间的关系。通过对试验数据进行拟合分析,发现二者之间的关系可用以下表达式来说明:

式(6)中,a、b均为经验系数。对于28 d龄期的拟合曲线,其对试验数据的拟合优度大于0.9,说明试验数据与拟合曲线具有很好的一致性。

3 结论

本文通过对泡沫混凝土进行单轴压缩试验,研究了试样的无侧限抗压强度、弹性模量随龄期的变化规律,不同气泡率时的应力-应变曲线,探讨了气泡率与抗压强度、弹性模量之间的关系以及弹性模量与强度之间的关系。初步得到以下结论:

(1)泡沫混凝土的强度受龄期影响较大,在一定范围随龄期增长而增大,而弹性模量受龄期影响较小。

(2)验证了泡沫混凝土无侧限抗压强度与气泡率之间成指数关系,可表示为,提出了弹性模量与气泡率之间的指数关系,可表示为

(3)泡沫混凝土的强度、弹性模量、均随气泡含量增大而减小。

蒸压泡沫混凝土砖隔热性能的研究 篇7

蒸压泡沫混凝土砖是一种节约土地资源、材质稳定、环保节能的新型墙体材料。随着国家禁止黏土砖的生产和使用，解决毁田烧砖的问题愈来愈受到各省、市的重视，也随着国家节能减排，节约资源能源政策的推行，蒸压泡沫混凝土砖近年得到快速的发展。

蒸压泡沫混凝土砖是以发泡剂与水拌和产生泡沫，加入到以水泥、砂、矿渣粉或其它掺合料等原材料中，进行混合而形成轻质料浆，经浇注成型后再蒸压养护而制成的墙体材料。其特有的生产工艺使得它不仅具有保温隔热、防水抗渗、隔声防火、质轻、收缩性小等优良性能[1]，近年来逐渐得到市场的认可，应用前景越来越广阔。

导热系数是墙体材料的一个重要性能指标，其大小反映了材料保温和隔热性能的优劣。一般来说，导热系数越小，则其保温隔热功能越大，反之越小[2,3,4]。对于蒸压泡沫混凝土砖理应服从该规律。但是笔者在试验过程中发现，不同品种产品在隔热性能比对时并不服从该规律。笔者就此现象开展了试验研究，以求抛砖引玉。

1 实验

1.1 试验材料

蒸压泡沫混凝土砖为江门天风墙体材料有限公司生产，密度等级为B07，实测干密度733 kg/m3，规格尺寸(长×宽×高)300 mm×200 mm×100 mm，原材料中的砂为普通砂;蒸压加气混凝土砌块为某厂家生产，密度等级为B07，实测干密度719 kg/m3，规格尺寸(长×宽×高)600 mm×100 mm×200 mm，原材料中的砂为磨细砂，发气方向为长度方向。

1.2 试件制备

(1)分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块切割成Φ200 mm×15 mm的圆板各2块，进行导热系数试验。

(2)分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块砌筑成200 mm厚的墙体，双面用10 mm厚水泥砂浆抹平，在自然条件下风干28 d，进行墙体传热系数检测。

在砌筑前，将600 mm长的蒸压加气混凝土砌块切割成300 mm长的规格，以便与蒸压泡沫混凝土砖具有同样多的砌筑灰缝，使试验有可比性，隔热性能试验也对样品做相同处理。

(3)分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块砌筑成200 mm厚的墙体，单面用10 mm厚水泥砂浆抹平，在自然条件下风干28 d，进行隔热性能试验。

(4)分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块切割成若干厚度约10 mm的小板，进行光学显微镜观察试验。

蒸压加气混凝土砌块的光学样品切割方向与长度方向(发气方向)平行。

1.3 试验方法

分别对蒸压加气混凝土砌块与蒸压泡沫混凝土砖的导热系数进行检测，并进行其墙体传热系数及隔热性能的比对试验，比较两者隔热性能的优劣，从试验原理及其微观结构来探讨其中的机理原因。

(1)导热系数试验采用GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》规定的方法进行。

(2)墙体传热系数检测采用GB/T 13475—2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》规定的方法进行。

(3)隔热性能试验采用GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法》规定的隔热性试验方法进行。因耐火性包括隔热性和完整性，而本文只研究蒸压泡沫混凝土砖的隔热性能，故其隔热性能试验仍采用该标准中的隔热性试验方法。

(4)简易隔热性能试验：分别将蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块样品放在1400℃电热炉上加热30 min，分别用手触摸背火面，检验两者的隔热性能差异。

(5)微观结构分析采用光学显微镜(型号XTL-340连续变倍体视显微镜，上海长方光学仪器有限公司)进行。

2 结果与分析

2.1 试验结果

2.1.1 导热系数

蒸压泡沫混凝土砖、蒸压加气混凝土砌块的导热系数分别为0.25、0.13 W/(m·K)。

2.1.2 传热系数

蒸压泡沫混凝土砖、蒸压加气混凝土砌块的传热系数分别为1.73、1.26 W/(m2·K)。

2.1.3 隔热性能

试验条件：墙体规格均为3200 mm×3200 mm×210 mm，其向火面温度升温曲线如图1所示，试验时间均为4 h。

蒸压泡沫混凝土砖墙体、蒸压加气混凝土砌块墙体隔热试验背火面温升曲线分别见图2、图3。

从图2、图3可知，蒸压泡沫混凝土砖墙体背火面的平均温升为74.8℃，测点最高温升为88.7℃;蒸压加气混凝土砌块墙体背火面的平均温升为103.3℃，测点最高温升为129.3℃。

2.1.4 简易隔热性能

蒸压泡沫混凝土砖隔热性能简易试验效果见图4。

简易隔热性能试验结果表明，蒸压泡沫混凝土砖受热面可点燃纸张，但背面不烫手。而蒸压加气混凝土砌块的受热面可点燃纸张，但背面很烫手，不能用手触摸。

2.1.5 微观结构（见图5、图6)

(黑洞为因照明灯斜照引起)

(黑洞为因照明灯斜照引起)

2.2 结果分析

从上述试验结果可知，蒸压泡沫混凝土砖的导热系数和传热系数均比蒸压加气混凝土砌块的大，特别是其导热系数约为后者的2倍。按照热力学理论[2]推论，前者的保温隔热性能应比后者要差。但图2、图3及图4试验结果表明，它们的隔热性能与推论刚好相反，蒸压泡沫混凝土砖比蒸压加气混凝土砌块具有更加优异的隔热性能。

对于以上反常的现象，从图5、图6的微观结构可看出，蒸压泡沫混凝土砖的孔洞基本上处于封闭不连通的状态，而蒸压加气混凝土砌块中有较多的连通孔，并且孔洞之间存在着裂缝，这与周春英等[5]的观察结果一致。

2.3 机理分析

从图2、图3的温升曲线可以看出，蒸压泡沫混凝土砖墙体的背火面在试验开始50 min内的升温速度比蒸压加气混凝土砌块的快得多，而且在50 min左右就基本升温至一个稳定阶段;而后者直到100 min左右才升温至稳定阶段。这是因为前者的导热系数较后者大的缘故，导热系数大，则传递热量的速度就快[2,3,4]，因此出现以上所述的温升现象。

同时，从图2、图3中的温升曲线也可看出，蒸压泡沫混凝土砖墙体背火面的温度稳定阶段时间为150 min左右，而蒸压加气混凝土砌块的为70 min左右，前者比后者长得多。

出现以上现象的原因分析如下：

(1)两者都是热的不良导体，所以热以较慢的速度传递，物体不会快速升温，升温曲线不会呈现直线上升形。

(2)蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块内都存在孔洞结构，当其一面受热时，则热量从该面开始向内部传递，且主要以传导方式为主，传递过程中使得孔洞周边的材质首先受热升温，不断地由外向内传热;同时，孔洞周边的材质受热升温后，将热量传递给孔洞内的气体，因而材质的温度又下降，如果材质继续受热升温，则继续将热量传递给孔洞内的气体，温度又再下降，温度趋于平稳，如此将持续一段时间，因此出现图2、图3中曲线的平稳段。

(3)根据PV=nRT[3,4]可知，当孔洞内气体温度升高，则首先会引起孔洞内的压力上升，如果孔洞封闭而不连通，则难以形成对流的传热方式进行传热，物体升温仍然主要以传导方式为主;如果孔洞连通，则气压大的孔洞中的气体必定向气压低的孔洞移动，这样必定形成对流的传热方式进行传热，那么物体受热升温方式既有传导，也有对流，物体升温的速度将加快。温度平稳阶段则将结束。

(4)蒸压泡沫混凝土砖的孔洞基本上处于封闭孤立而不连通的状态，在温升平稳阶段，其受热时热传递主要以传导为主，对流传热非常微弱，当温度继续升高，则孔洞内的气压不断升高，当气压达到一定的程度，会导致孔洞壁破裂而形成连通孔，产生对流传热。当连通达到一定程度的时候，则产生大范围的对流传热，使得温度再次上升，平稳阶段结束。而蒸压加气混凝土砌块中虽然也存在封闭的不连通孔洞，使温升可平稳持续一段时间，但其内部的封闭孔洞数量较蒸压泡沫混凝土砖的少，而且其内部已有大量连通的孔洞及裂缝，使得其温升平稳阶段提前结束，平稳阶段大大缩短。这是蒸压泡沫混凝土砖墙体的背火面的温度稳定阶段时间比蒸压加气混凝土砌块长的原因。

(5)由内部传热机理模型(见图7、图8)可看出，蒸压加气混凝土砌块的连通孔中气体的对流传热使得热量提前传递到后面，使得其温升稳定阶段的温度较蒸压泡沫混凝土砖的要高。

(连在气孔上的箭头表示热流方向)

(连在气孔上的箭头表示热流方向)

(6)由于蒸压加气混凝土砌块的墙体背火面受热温升稳定阶段短，只有70 min左右，而且稳定阶段的平均温度较高，达到70℃以上。而蒸压泡沫混凝土砖的墙体背火面受热温升阶段长，有150 min左右，稳定阶段的平均温度也只有50℃左右，当同样受热4 h后，蒸压泡沫混凝土砖墙体的背火面的平均温度及最高温度比蒸压加气混凝土砌块的低，表现出更佳的隔热性能。

以上所述表明，墙体材料的隔热性能与其内部结构密切相关，这一现象与俞继军等[6]的观点一致。

3 结论

(1)墙体材料隔热性能的优劣一方面取决于其导热系数的大小，同时也决定于内部的孔洞结构;墙体材料的隔热性能与其内部结构密切相关。

(2)材料的导热系数小，但如果其孔洞结构存在缺陷如连通孔及裂缝等，则不一定有良好的隔热性能;相反，材料导热系数稍大，但内部孔洞封闭而不连通，则可能具有较好的隔热性能。蒸压泡沫混凝土砖比蒸压加气混凝土砌块具有更加优良的隔热性能。

参考文献

[1]闫振甲,何艳君.泡沫混凝土实用生产技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2]李洪芳.热学[M].2版.北京:高等教育出版社,2001.

[3]Halliday S.Physics[M].John Wiley&Sons,2000.

[4]朱峰.大学物理[M].北京:清华大学出版社,2008.

[5]周春英,韦江雄,余其俊,等.蒸压加气混凝土砌块的吸水特性研究[J].武汉理工大学学报,2007(4):22-26.